KR20180001229A - 이차 전지의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극판의 절단면의 품질을 향상시키는 동시에 이차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.
일례로, 집전판의 양면에 활물질을 코팅하여 활물질층을 형성하는 활물질층 형성 단계; 상기 집전판의 양면에 레이저 빔을 조사하여 상기 활물질층의 일부를 제거하는 활물질층 제거 단계; 및 상기 활물질층 제거 단계에서 활물질층이 제거된 집전판에 레이저 빔을 조사하여 상기 집전판을 절단하는 절단 단계;를 포함하는 이차 전지의 제조 방법을 개시한다.

Description

이차 전지의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지{Method for manufacturing secondary battery and secondary battery using the same}
본 발명은 이차 전지의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전극 조립체가 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전극 조립체가 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지의 구성품 중 전극판은 제작할 이차 전지의 크기에 적합하게 정확히 재단하여야, 용량을 늘리고, 용량 산포를 줄여 이차 전지 품질을 높일 수 있다. 이렇게 정확하게 전극판을 재단하기 위해서, 일반적으로 금형을 이용한 절단 또는 재단이 이용되고 있다.
그러나, 금형 절단은 금형의 수명으로 인해 잦은 유지 보수가 필요하고, 제품 사양 변경에 따라 금형을 교체해야 할 수도 있다. 또한, 품질적인 측면에서는 금형을 사용할 수록 날이 무뎌지면서 재단 품질이 악화될 수 있으며, 이로 인해 전극판에 뾰족하고 날카로운 버(burr)가 발생할 수도 있다. 더불어, 전극판을 절단할 때 활물질이 도포된 상태에서 절단을 하므로, 활물질이 파티클 형태로 비산되어 오염에 의한 불량이 일어나기도 한다.
본 발명은 전극판의 절단면의 품질을 향상시키는 동시에 이차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차 전지의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 이차 전지의 제조 방법은 집전판의 양면에 활물질을 코팅하여 활물질층을 형성하는 활물질층 형성 단계; 상기 집전판의 양면에 레이저 빔을 조사하여 상기 활물질층의 일부를 제거하는 활물질층 제거 단계; 및 상기 활물질층 제거 단계에서 활물질층이 제거된 집전판에 레이저 빔을 조사하여 상기 집전판을 절단하는 절단 단계;를 포함한다.
상기 활물질층 제거 단계에서 조사되는 레이저 빔은 5nsec 내지 100nsec의 펄스 폭을 가지고, 10KW 내지 50KW의 피크 파워(peak power)를 가지며, 20W 내지 200W의 출력을 가지는 적외선 펄스 레이저일 수 있다.
상기 절단 단계에서 조사되는 레이저 빔은 300W 내지 1KW의 출력을 갖는 적외선 레이저일 수 있다.
상기 집전판의 절단면에는 상기 절단 단계에서 조사되는 레이저 빔에 의해 집전판이 용융된 후 냉각되어, 단면의 형태가 원형 또는 타원형인 비드부가 형성될 수 있다.
상기 비드부의 폭은 1㎛ 내지 100㎛로 형성될 수 있다.
상기 절단면과 상기 활물질층 사이에는 상기 활물질층 제거 단계에서 조사되는 레이저 빔에 의해 활물질이 제거된 무지부가 형성되며, 상기 무지부의 폭은 0.1㎜ 내지 3㎜일 수 있다.
더불어, 본 발명에 의한 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스를 포함하는 이차 전지에 있어서, 상기 전극 조립체는 전극판을 포함하고, 상기 전극판은 집전판과, 상기 집전판에 활물질이 코팅된 활물질층과 상기 집전판의 길이 방향의 양측에 형성되며 레이저 빔에 의해 활물질이 제거된 무지부를 포함할 수 있다.
상기 집전판의 길이 방향의 양단에 위치한 절단면에는 레이저 빔에 의해 집전판이 용융된 후 냉각되어, 단면의 형태가 원형 또는 타원형인 비드부가 형성될 수 있다.
상기 비드부의 폭은 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
상기 무지부의 폭은 0.1㎜ 내지 3㎜일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 레이저 빔을 이용하여 절단할 부분의 활물질을 제거하고 나서 집전판을 절단하므로, 활물질에 의한 오염 및 버에 의한 쇼트를 방지하여 절단면의 품질을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 이차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 전극판의 절단면에 균일한 두께 및/또는 직경을 갖는 원형, 타원형 또는 용접 비드와 유사한 비드부를 형성함으로써, 상기 비드부가 전극판과 전극판을 격리하는 세퍼레이터를 뚫고 지나가지 못하여 쇼트 발생을 억제하게 된다. 이에 따라, 본 발명은 이차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 전극 조립체를 도시한 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 활물질층 형성 단계(S1), 활물질층 제거 단계(S2) 및 절단 단계(S3)를 포함한다. 특히, 도 1에 도시된 이차 전지의 제조 방법은 이차 전지를 구성하는 전극판에 대한 것이다. 여기서, 전극판은 일례로 양극판일 수 있으나, 이하에서 설명된 모든 특징은 음극판에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 활물질층 형성 단계(S1)는 집전판(111)의 양면에 활물질을 코팅하는 단계이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 활물질층 형성 단계(S1)에서는 권출 롤러(1㎛)로부터 풀려나오는 집전판(111)의 양면에 활물질을 코팅하여 활물질층(112)을 형성한다. 상기 활물질은 슬롯 다이(20)를 통해 토출되며, 상기 집전판(111)의 양면에 균일하게 도포된다. 예를 들어, 상기 집전판(111)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일 또는 메시로 형성될 수 있으며, 상기 활물질은 전이금속산화물을 포함할 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 활물질층 형성 단계(S1)에서는 상기 집전판(111)의 전체면에 활물질층(112)을 연속적으로 형성한다. 이와 같이, 집전판(111)에 활물질층(112)을 연속적으로 형성하면 간헐적으로 형성할 때에 비해, 코팅 생산성을 향상시킬 수 있으며 전지 용량을 증가시킬 수 있게 된다. 이러한 집전판(111)은 사용자가 필요한 만큼 절단하여 사용하게 되며, 하기에서 이를 자세히 설명하기로 한다.
상기 활물질층 제거 단계(S2)는 상기 집전판(111)에 레이저 빔을 조사하여 활물질층(112)의 일부를 제거하는 단계이다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 집전판(111)의 상부 및 하부에는 제 1 레이저부(30)가 위치한다. 여기서, 상기 제 1 레이저부(30)는 상기 활물질이 도포되는 슬롯 다이(20)와 같은 라인에 놓이거나, 별도의 라인으로 설치될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 레이저부(30)는 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기와 레이저 빔의 사이즈를 확장하는 익스펜더와 집전판에 레이저 빔을 스캔 및 집속하는 스캐너 집속 렌즈부를 포함할 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 레이저 빔은 펄스파 방식으로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 레이저부(30)는 통상의 이산화탄소, 야그, 헬륨 네온 등의 적외선 레이저 발진기가 사용될 수 있으나, 본 발명에서 레이저 발진기의 종류가 한정되지는 않는다.
상기 활물질층 제거 단계(S2)에서는 상기 제 1 레이저부(30)에서 발생되는 레이저 빔을 상기 활물질층(112)이 형성된 집전판(111)에 조사하여, 상기 활물질층(112)의 일부를 제거한다. 이에 따라, 상기 집전판(111)의 상부 및 하부에 형성된 활물질층(112)의 일부가 제거된다. 물론, 상기 활물질층 제거 단계(S2)에서 상기 집전판(111)의 상부에 형성된 활물질층(112)만 제거하거나 하부에 형성된 활물질층(112)만 제거할 수 있다. 그러나, 절단면의 품질을 향상시키기 위해서 집전판(111)의 상부 및 하부에 형성된 활물질층(112)을 모두 제거하는 것이 바람직하다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 활물질층 제거 단계(S2)에서는 집전판(111)이 권취되는 방향과 수직한 방향으로 활물질층(112)의 일부가 제거된다. 상기 레이저 빔은 대략 5nsec 내지 100nsec의 펄스 폭을 가지고, 대략 10KW 내지 50KW의 피크 파워(peak power)를 가지며, 대략 20W 내지 200W의 출력을 가질 수 있다. 여기서, 레이저 빔의 출력이 대략 20W 보다 작을 경우 활물질층(112)의 제거가 완벽히 이루어지지 않으며, 또한 레이저 빔의 출력이 대략 200W 보다 크면 활물질층(112) 뿐만 아니라 집전판(111)의 일부가 제거 될 수 있다. 또한, 상기 제 1 레이저부(30)부는 1030 내지 1080nm 파장의 적외선 펄스 레이저일 수 있다. 상기와 같이, 활물질층(112)이 제거된 집전판(111)은 권취 롤러(50)에 의해 다음 공정으로 이동될 수 있다.
상기 절단 단계(S3)는 상기 활물질층 제거 단계(S2)에서 활물질층이 제거된 집전판(111)에 레이저 빔을 조사하여 집전판(111)을 절단하는 단계이다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 집전판(111)의 상부에는 제 2 레이저부(40)가 위치한다. 상기 제 2 레이저부(40)는 연속파 방식이며, 이를 위해 다이오드 또는 반도체 펌프 단일 모드 연속파 레이저 발진기가 이용될 수 있다. 이 밖에도 통상의 이산화탄소, 야그, 헬륨 네온 등의 적외선 레이저 발진기가 사용될 수 있으며, 본 발명에서 레이저 발진기의 종류가 한정되지는 않는다. 또한, 상기 제 2 레이저부(40)는 상기 제 1 레이저부(30)와 동일한 라인에 위치한다. 따라서, 상기 제 1 레이저부(30)에 의해 활물질층(112)이 제거된 집전판(111)이 권취 롤러(50)에 의해 제 2 레이저부(40)가 위치한 부분으로 이동하면, 도 2e 및 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 레이저부(40)가 레이저 빔을 조사하여 상기 집전판(111)을 절단하게 된다. 이에 따라, 전극판(110)(양극판)의 제조가 완료된다.
일반적으로, 전극판을 절단할 때, 활물질이 도포된 상태에서 필요한 길이만큼 금형을 이용하여 절단하게 된다. 이때, 절단부위의 활물질이 파티클 형태로 비산되므로, 오염으로 인한 불량이 발생될 수 있다. 또한, 금형을 사용하면 절단면에 버가 발생하여, 전극판간 쇼트가 일어날 수 있다. 그러나, 본 발명은 절단부위의 활물질을 미리 제거하고 레이저 빔을 이용하여 전극판을 절단하므로, 활물질에 의한 오염 및 버에 의한 쇼트를 방지하여 절단면의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 레이저 빔의 출력은 대략 300W 내지 1KW 일 수 있다. 여기서, 레이저 빔의 출력이 대략 300W 보다 작을 경우 집전판(111)의 절단이 이루어지지 않는다. 또한, 레이저 빔의 출력이 대략 1KW 보다 크다고 해도 절단 품질이 더 이상 향상되지 않는다. 또한, 상기 제 2 레이저부(40)에서 조사되는 레이저 빔은 1030 내지 1080nm 파장의 적외선 레이저일 수 있다.
더불어, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 레이저부(40)에서 발생된 레이저 빔에 의해 절단된 집전판(111)의 절단면(111a)은 활물질층(112)으로부터 대략 0.1㎜ 내지 3㎜로 형성된다. 즉, 절단면(111a)과 활물질층(112) 사이에는 제 1 레이저부(30)에 의해 활물질이 제거된 무지부(114)가 형성되며, 상기 무지부(114)의 폭(W1)은 대략 0.1㎜ 내지 3㎜로 형성된다. 여기서, 상기 무지부(114)의 폭(W1)이 대략 0.1㎜ 보다 작을 경우 집전판(111)을 절단하여 절단면(111a)을 형성할 때 활물질층(112)이 형성된 집전판(111)의 일부가 레이저 빔에 의해 용융될 수 있다. 또한, 상기 무지부(114)의 폭(W1)이 대략 3㎜ 보다 클 경우, 필요 이상으로 활물질이 많이 제거된 것이므로 동일 면적당 이차 전지의 용량이 작아지게 된다.
또한, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 절단면(111a)에는 비드부(113)가 형성된다. 상기 비드부(113)는 레이저 빔에 의해 집전판(111)이 절단될 때, 집전판(111)이 용융되어 형성된 일종의 드로스(dross)일 수 있다. 이와 같이, 비드부(113)는 집전판(111)이 레이저 빔에 의해 용융된 후 냉각되어 형성된 것이기 때문에, 표면 장력에 의해 단면 형태가 대략 둥근 형태일 수 있다. 즉, 상기 비드부(113)는 집전판(111)의 길이 방향에 수직 방향인 단면의 형태가 대략 원형 및/또는 타원형일 수 있다.
상기 비드부(113)의 폭(W2)은 대략 1㎛ 내지 100㎛로 형성되며, 바람직하게는 30㎛ 내지 40㎛로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 비드부(113)의 폭(W2)은 제조 공정 상의 특성으로 인해 대략 1㎛ 보다 작게 만들기는 어렵다. 그러나, 레이저 빔의 출력을 조절함으로써, 비드부(113)의 폭은 대략 100㎛보다 작게 제어될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 레이저 빔을 이용하여 절단할 부분의 활물질을 제거하고 나서 집전판(111)을 절단하므로, 활물질에 의한 오염 및 버에 의한 쇼트를 방지하여 절단면(111a)의 품질을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 이차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 절단면(111a)에 균일한 두께 및/또는 직경을 갖는 원형, 타원형 또는 용접 비드와 유사한 비드부(113)를 형성함으로써, 상기 비드부(113)가 전극판과 전극판을 격리하는 세퍼레이터를 뚫고 지나가지 못하여 쇼트 발생을 억제하게 된다. 더욱이, 비드부(113)의 표면은 대략 둥글게 형성되기 때문에, 비드부(113)가 세퍼레이터에 직접 접촉한다고 해도 비드부(113)가 세퍼레이터를 찢거나 또는 손상시키지 않게 된다.
이하에서는 상기와 같은 방법으로 제조된 전극판(110)을 이용한 이차 전지에 대해서 설명하기로 한다. 또한, 상기에서 설명한 전극판(110)을 제 1 전극판(양극판)이라고 정의한다. 더불어, 상기 제 1 전극판(110)과 반대 극성인 제 2 전극판(음극판)도 상기와 동일한 방법으로 제조되므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다. 도 4는 전극 조립체를 도시한 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(300)는 전극 조립체(100) 및 파우치(200)를 포함한다.
상기 전극 조립체(100)는 제 1 전극판(110), 제 2 전극판(120) 및 상기 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 개재된 세퍼레이터(130)를 포함한다. 상기 전극 조립체(100)는 제 1 전극판(110), 제 2 전극판(120) 및 세퍼레이터(130)의 적층제가 젤리-롤 형태로 권취된다. 여기서, 상기 제 1 전극판(110)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제 2 전극판(120)은 음극으로서 작용할 수 있다.
상기 제 1 전극판(110)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일 또는 메시로 형성된 제 1 집전판(111)과, 상기 제 1 집전판(111)에 전이금속산화물 등의 제 1 활물질이 코팅되어 형성된 제 1 활물질층(112)과, 제 1 활물질이 코팅되지 않은 제 1 무지부(114)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극판(110)은 제 1 집전판(111)의 길이 방향의 양단에 형성된 절단면(111a)과, 상기 절단면(111a)에 형성된 비드부(113)를 포함한다.
상기 절단면(111a)은 제 1 전극판(110)을 제조하기 위해 레이저 빔으로 절단한 면이다. 상기 비드부(113)는 상기에서 설명한 바와 같이, 제 1 집전판(111)이 레이저 빔에 의해 용융된 후 냉각되어 형성된 것이기 때문에, 표면 장력에 의해 단면 형태가 대략 둥근 형태일 수 있다. 즉, 상기 비드부(113)는 제 1 집전판(111)의 길이 방향에 수직 방향인 단면의 형태가 대략 원형 및/또는 타원형일 수 있다. 또한, 상기 비드부(113)의 두께는 상기 제 1 집전판(111)의 두께보다 두껍게 형성된다. 더불어, 비드부(113)의 폭(W2)은 대략 1㎛ 내지 100㎛로 형성되며, 바람직하게는 30㎛ 내지 40㎛로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 비드부(113)의 폭(W2)은 제조 공정 상의 특성으로 인해 대략 1㎛ 보다 작게 만들기는 어렵다. 그러나, 레이저 빔의 출력을 조절함으로써, 비드부(113)의 폭(W2)은 대략 100㎛보다 작게 제어될 수 있다.
상기 제 1 무지부(114)는 제 1 집전판(111)의 길이 방향의 양측에 형성된다. 즉, 상기 제 1 무지부(114)는 상기 절단면(111a)과 제 1 활물질층(112) 사이에 위치한다. 상기 제 1 무지부(114)의 폭(W1)은 대략 0.1㎜ 내지 3㎜로 형성된다. 여기서, 상기 제 1 무지부(114)의 폭(W1)이 대략 0.1㎜ 보다 작을 경우 제 1 집전판(111)을 절단하여 절단면(111a)을 형성할 때 제 1 활물질층(112)이 형성된 제 1 집전판(111)의 일부가 레이저 빔에 의해 용융될 수 있다. 또한, 상기 제 1 무지부(114)의 폭이 대략 3㎜ 보다 클 경우, 필요 이상으로 활물질이 많이 제거된 것이므로 동일 면적당 이차 전지의 용량이 작아지게 된다.
또한, 상기 제 1 무지부(114)는 상기 제 1 집전판(111)의 길이 방향과 수직한 방향의 일측에 더 형성되고, 상기 제 1 무지부(114)에는 제 1 전극탭(115)이 부착된다. 상기 제 1 전극탭(115)은 접착 부재(115a)를 통해서 상기 제 1 무지부(114)에 부착될 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극탭(115)이 부착된 제 1 무지부(114)는 제 1 집전판(111)에 형성된 제 1 활물질층(112)의 일부를 제거하여 형성될 수 있다. 물론, 상기 제 1 무지부(114)는 제 1 전극판(110)을 제조할 때 제 1 집전판(111)의 길이 방향과 수직한 방향의 일측에 활물질을 도포하지 않음으로써 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 제 1 무지부 자체가 제 1 전극탭이 될 수도 있다.
상기 제 2 전극판(120)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일 또는 메시로 형성된 제 2 집전판(121)과, 상기 제 2 집전판(121)에 흑연 또는 탄소 등의 제 2 활물질이 코팅되어 형성된 제 2 활물질층(122)과, 제 2 활물질이 코팅되지 않은 제 2 무지부(124)를 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극판(120)은 제 2 집전판(121)의 길이 방향의 양단에 형성된 절단면(121a)과, 상기 절단면(121a)에 형성된 비드부(123)를 포함한다.
상기 절단면(121a)은 제 2 전극판(120)을 제조하기 위해 레이저 빔으로 절단한 면이다. 상기 비드부(123)는 제 2 집전판(121)이 레이저 빔에 의해 용융된 후 냉각되어 형성된 것이기 때문에, 표면 장력에 의해 단면 형태가 대략 둥근 형태일 수 있다. 즉, 상기 비드부(123)는 제 2 집전판(121)의 길이 방향에 수직 방향인 단면의 형태가 대략 원형 및/또는 타원형일 수 있다. 또한, 상기 비드부(123)의 두께는 상기 제 2 집전판(121)의 두께보다 두껍게 형성된다. 더불어, 비드부(123)의 폭(W2)은 대략 1㎛ 내지 100㎛로 형성되며, 바람직하게는 30㎛ 내지 40㎛로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 비드부(123)의 폭(W2)은 제조 공정 상의 특성으로 인해 대략 1㎛ 보다 작게 만들기는 어렵다. 그러나, 레이저 빔의 출력을 조절함으로써, 비드부(123)의 폭(W2)은 대략 100㎛보다 작게 제어될 수 있다.
상기 제 2 무지부(124)는 제 2 집전판(121)의 길이 방향의 양측에 형성된다. 즉, 상기 제 2 무지부(124)는 상기 절단면(121a)과 제 2 활물질층(122) 사이에 위치한다. 상기 제 2 무지부(124)의 폭(W1)은 대략 0.1㎜ 내지 3㎜로 형성된다. 여기서, 상기 제 2 무지부(124)의 폭(W1)이 대략 0.1㎜ 보다 작을 경우 제 2 집전판(121)을 절단하여 절단면(121a)을 형성할 때 제 2 활물질층(122)이 형성된 제 2 집전판(121)의 일부가 레이저 빔에 의해 용융될 수 있다. 또한, 상기 제 2 무지부(124)의 폭(W1)이 대략 3㎜ 보다 클 경우, 필요 이상으로 활물질이 많이 제거된 것이므로 동일 면적당 이차 전지의 용량이 작아지게 된다.
또한, 상기 제 2 무지부(124)는 상기 제 2 전극판(121)의 길이 방향과 수직한 방향의 일측에 더 형성되고, 상기 제 2 무지부(124)에는 제 2 전극탭(125)이 부착된다. 상기 제 2 전극탭(125)은 접착 부재(125a)를 통해서 상기 제 2 무지부(124)에 부착될 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극탭(125)이 부착된 제 2 무지부(124)는 제 2 집전판(121)에 형성된 제 2 활물질층(122)의 일부를 제거하여 형성될 수 있다. 물론, 상기 제 2 무지부(124)는 상기 제 2 전극판(120)을 제조할 때 제 2 집전판(121)의 길이 방향과 수직한 방향의 일측에 활물질을 도포하지 않음으로써 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 제 2 무지부 자체가 제 2 전극탭이 될 수도 있다.
상기 세퍼레이터(130)는 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌(PE)이나, 폴리 프로필렌(PP)이나, 폴리 에틸렌(PE)과 폴리 프로필렌(PP)의 복합 필름으로 이루어져 있다.
상기 전극 조립체(100)는 실질적으로 전해액과 함께 케이스(200)에 수납된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 케이스(200)는 파우치 형태로 이루어진다. 상기 케이스(200)는 상기 전극 조립체(100)가 수납되는 제 1 파우치(210)와 상기 제 1 파우치(210)에 결합되는 제 2 파우치(220)를 포함한다. 상기 케이스(200)는 일체로 형성된 직방형의 파우치막의 중간을 절곡함으로써, 제 1 파우치(210)와 제 2 파우치(220)로 구분된다. 또한, 상기 제 1 파우치(210)에는 프레스 가공 등을 통해 전극 조립체(100)가 수용될 수용홈(211)이 형성되고, 제 2 파우치(220)와 실링을 위한 실링부(212)가 형성된다. 상기 실링부(212)는 상기 제 1 파우치(210)와 제 2 파우치(220)가 일체로 접하여 있는 한 변과 나머지 세변을 따라서 모두 형성될 수 있다. 상기 케이스(200)는 상기 제 1 파우치(210)와 제 2 파우치(220)가 마주하는 두개의 장변과 상기 두개의 장변과 수직을 이루며 마주하는 두개의 단변을 포함한다. 여기서, 상기 전극 조립체(100)의 제 1 전극탭(115)과 제 2 전극탭(125)은 상기 두개의 단변 중 제 1 파우치(210)와 제 2 파우치(220)가 연결되는 단변과 마주보는 측의 단변을 통해 인출된다. 이때, 상기 제 1 전극탭(115)과 제 2 전극탭(125)에 형성된 절연 부재(115b, 125b)가 상기 실링부(212)에 실링된다. 즉, 상기 절연 부재(115b, 125b)는 상기 제 1,2 전극탭(115, 125)과 실링부(212)가 접촉하는 부분에 형성되어 상기 제 1,2 전극탭(115, 125)이 상기 케이스(200)와 쇼트되는 것을 방지한다.
본 발명에서 상기와 같은 방법으로 제조된 전극판(110, 120)이 파우치형 이차 전지에 적용되는 것으로 설명하였으나, 상기 전극판(110, 120)은 각형 이차 전지, 원통형 이차 전지 및/또는 각형 이차 전지가 복수 개로 연결된 중대형 이차 전지 모듈에도 적용될 수 있다. 즉, 상기 전극판(110, 120)은 다양한 형태의 이차 전지에 적용될 수 있으며, 상기 이차 전지의 형태에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 전극 조립체 110: 제 1 전극판
111: 제 1 집전판 111a: 절단면
112: 제 1 활물질층 113: 비드부
114: 제 1 무지부 115: 제 1 전극탭
120: 제 2 전극판 130: 세퍼레이터
200: 케이스 300: 이차 전지

Claims (10)

  1. 집전판의 양면에 활물질을 코팅하여 활물질층을 형성하는 활물질층 형성 단계;
    상기 집전판의 양면에 레이저 빔을 조사하여 상기 활물질층의 일부를 제거하는 활물질층 제거 단계; 및
    상기 활물질층 제거 단계에서 활물질층이 제거된 집전판에 레이저 빔을 조사하여 상기 집전판을 절단하는 절단 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질층 제거 단계에서 조사되는 레이저 빔은 5nsec 내지 100nsec의 펄스 폭을 가지고, 10KW 내지 50KW의 피크 파워(peak power)를 가지며, 20W 내지 200W의 출력을 갖는 적외선 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절단 단계에서 조사되는 레이저 빔은 300W 내지 1KW의 출력을 갖는 적외선 레이저인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전판의 절단면에는 상기 절단 단계에서 조사되는 레이저 빔에 의해 집전판이 용융된 후 냉각되어, 단면의 형태가 원형 또는 타원형인 비드부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 비드부의 폭은 1㎛ 내지 100㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 절단면과 상기 활물질층 사이에는 상기 활물질층 제거 단계에서 조사되는 레이저 빔에 의해 활물질이 제거된 무지부가 형성되며,
    상기 무지부의 폭은 0.1㎜ 내지 3㎜인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  7. 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 전극 조립체는 전극판을 포함하고, 상기 전극판은 집전판과, 상기 집전판에 활물질이 코팅된 활물질층과 상기 집전판의 길이 방향의 양측에 형성되며 레이저 빔에 의해 활물질이 제거된 무지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 집전판의 길이 방향의 양단에 위치한 절단면에는 레이저 빔에 의해 집전판이 용융된 후 냉각되어, 단면의 형태가 원형 또는 타원형인 비드부가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비드부의 폭은 1㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 무지부의 폭은 0.1㎜ 내지 3㎜인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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